导体的发热与短路电动.ppt

1、第三章 常用计算的基本理论和方法,教学内容,载流导体长期发热的特点, 导体长期允许载流量的计算方法及提高导体载流量的措施 载流导体短时发热的特点, 导体短时最高发热温度的计算方法、短路电流热效应的计算方法、热稳定的概念 三相导体短路电动力的计算方法和特点、动稳定的概念,一、导体载流量和运行温度计算,发热的原因： 电阻损耗 导体内部 磁滞和涡流损耗导体周围的金属构件 介质损耗 绝缘材料内部 长期发热，由正常工作电流产生 短时发热，由故障短路电流产生 发热的危害： 机械强度下降； 接触电阻增加； 绝缘性能下降,1、最高允许温度,正常最高允许工作温度： 70（一般裸导体） 80（计及日照时的钢芯铝绞

2、线、管形导体） 85（接触面有镀锡的可靠覆盖层） -主要取决于系统接触电阻的大小 短时最高允许温度： 200（硬铝及铝锰合金） 300（硬铜） -主要取决于短时发热过程中导体机械强度的大小、介质绝缘强度的大小,2、导体的长期发热,I-流过导体的电流（A） R-导体的电阻（） m-导体的质量（kg） c-导体的比热容J/(kg. ) W -导体总的换热系数W/(m2. ) F-导体的换热面积（ m2 /m) 0 -周围空气的温度（ ） -导体的温度（ ）,（1）导体长期发热的公式推导 热平衡方程： 导体产生的热量QR = 导体自身温度的升高Qc + 对流和辐射散失到周围介质的热量Ql + Qf,

3、稳定温升,导体发热时间常数,初始温升:,时间t的温升:,若,-指导体通过工作电流时的发热过程,（2）导体长期发热的特点,3）导体达到稳定发热状态后，由电阻损耗产生的热量全部以对流和辐射的形式散失掉，导体的温升趋于稳定，且稳定温升与导体的初始温度无关。,导体温升变化曲线,1）导体通过电流I后，温度开始升高，经过（34）倍Tt(时间常数)，导体达到稳定发热状态；,2）导体升温过程的快慢取决于导体的发热时间常数，即与导体的吸热能力成正比，与导体的散热能力成反比，而与通过的电流大小无关；,3.提高导体载流量的措施,1）减小交流电阻 Rac(公式3-3)， 采用电阻率小的材料。如铜、铝 增大导体的截面

4、减小接触电阻。 表面镀锡 银等 采用集肤效应系数小的导体 与电流频率、导体的形状和尺寸有关（图3-1 3-2） 2）增大散热面积。 相同截面积，矩形导体的表面积大于圆形的 矩形竖放的表面积大于平放的 3）增大复合散热系数：强迫对流、表面涂漆,常用硬导体长期允许载流量和集肤效应系数,见 343页附表1 344页附表2 附表3,二、载流导体的短时发热计算,目的：确定导体的最高温度（不应超过规定的导体短时发热温度。当满足这个条件，认为导体在短路时具有热稳定性）,-指短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的发热过程。,短路时间,保护动作时间,断路器的全开断时间,燃弧时间,断路器固有分闸时间,1、短时

5、发热的特点,短时均匀导体的发热过程,绝热过程。由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热量来不及散失，全部用于使导体温度升高。 QR = Qc 导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。,短时最高发热温度h为短路电流切除时刻tk 对应的导体温度,热平衡方程:,定义：,（短路电流热效应）,2、计算导体短时发热的最高发热温度,假设： 已知短路电流热效应Qk 则： 1）由导体初始温度w查出Aw； 2）求出Ah 3)查出h,3、计算短路电流热效应（实用计算法）,周期分量的热效应,非周期分量的热效应,当短路电流切除时间超过1秒时，可忽略非周期分量的影响,非周期分量等效时间见表3-3,注意,三、载流导体短路

6、电动力计算,1、两条无线细长载流导体间的电动力 短路时，导体温度高，还受到电动力作用，当导体和电气设备机械强度不够时，将会变形或损坏。 必须研究短路电流产生电动力的大小和特征，以便选用适当强度的导体和电气设备，保证足够的动稳定，必要时采取限制短路电流的措施。,(N),例如：根据安装地点处应承受的最大电动力，选择合适的隔离开关。否则，短路时可能将隔离开关自动断开。 V型隔离开关: 承受的电动力较小 两柱式隔离开关:承受的电动力较大,(N),Kf-形状系数,圆形导体： Kf =1 槽形导体：见表3-4 矩形导体：见图3-18,1)计算矩形导体相间电动力时不需要考虑K 2)计算矩形导体同相条间电动力

7、时必须考虑K,注意：,考虑截面因素时两载流导体间的电动力,2、三相导体短路的电动力,如不计短路电流周期分量的衰减，三相短路电流为：,不衰减的固定分量,衰减的非周期分量,衰减的工频分量,不衰减的2倍工频分量,t=0.01s 时，短路电动力的幅值最大,三相短路的电动力,3、两相短路电动力,4、三相导体最大短路电动力,三相短路故障后的0.01s，作用在中间B相，,（N）,5、导体振动的动态应力,导体的固有振动频率：,L 绝缘子跨距,L 绝缘子跨距,电动力,固有频率接近电动力频率（工频、2倍工频）,导体共振,损坏导体及其架构,凡是连接发电机、主变压器以及配电装置中的导体均应考虑共振的影响, 与导体的固

8、有振动频率有关，见图3-23,动态应力系数,为避免共振，重要导体的固有频率在下述范围以外： （1）单条导体及一组中的各条导体 35135HZ （2）多条导体及引下线的单条导体 35155HZ （3）槽形和管形导体30160HZ,导体发生振动时，内部产生动态应力：,小结,导体长期发热的特点 导体短时发热的特点 短路电流热效应的计算方法 三相导体最大短路电动力的计算,第四章 电气主接线（1）,本章主要内容： 1.电气主接线概念和基本要求 2.常用的电气主接线形式、特点、应用范围 3.变压器的选择 4.限制短路电流的方法 5.发电厂和变电站主接线设计的原则和步骤,实际电力网的接线,简单电力网的接线,

9、地理 接线图,主要显示发电厂、变电站的位置，电力线的路径和长度，以及它们之间的相互连接。,电气 接线图,主要显示系统中发电机、变压器、电力线路、母线及断路器等主要元件间的电气接线。,电气 接线图,变电站1 35kV (2线路,2变压器)用3个断路器连接,没有母线 外桥接线 10kV (4线路,2变压器)用2个母线,单母线分段接线 变电站2 110kV (2线路,2变压器)用2个母线,单母线分段接线 10kV (4线路,2变压器)用2个母线,单母线分段接线 变电站3 110kV (2线路,2变压器)用3个断路器连接,没有母线 外桥接线 10kV (4线路,2变压器)用2个母线,单母线分段接线,电

10、气 接线图,发电厂 G1G2所在的10kV (2发电机,4线路,2变压器)用3个母线 G3G4所在的10kV (1发电机+1变压器)没用母线 35kV (2线路,2变压器)用3个断路器连接,没有母线 110kV (2线路,4变压器)用2个主母线, (1个旁路母线+1个旁路断路器)用于断路器备用,一、电气主接线及电气主接线图,1、定义 电气主接线：由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，又称为一次接线或电气主系统。 电气主接线电路图：用规定的电气设备图形符号和文字符号，表示设备的连接关系的单线接线图。 2、作用 电气主接线是发电厂、变电站电气部分的主体。主接线的拟定与设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定、运行可靠性、经济性以及电力系统的稳定性和调度灵活性等密切相关。,1）可靠性 分析可靠性要考虑： 发电厂和变电站在电力系统中的地位和作用 用户的负荷性质和